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CN106988905B - 用于求取在内燃机运行时氮氧化物的排放量的方法 - Google Patents

用于求取在内燃机运行时氮氧化物的排放量的方法 Download PDF

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CN106988905B CN201710039017.1A CN201710039017A CN106988905B CN 106988905 B CN106988905 B CN 106988905B CN 201710039017 A CN201710039017 A CN 201710039017A CN 106988905 B CN106988905 B CN 106988905B
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Abstract

建议了一种用于在内燃机（10）的运行时求取氮氧化物的排放的方法，其中燃烧室（14）的容积通过在气缸中引导的活塞（18）依据曲柄角进行改变。求取了依据容积的变化与容积的倒数值的乘积的因数，并且依据所述因数求取氮氧化物的排放。

Description

用于求取在内燃机运行时氮氧化物的排放量的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在内燃机的运行时求取氮氧化物的排放量的方法。
背景技术
已知了构造用于确定氮氧化物值的方法。DE 10 2011 075 875 A 1例如涉及一种用于计算内燃机的原始NOx原始排放量的方法。就此考虑到内燃机的运行参数。修正函数考虑了增压压力。
由DE 10 2010 041 907 A1已知了用于运行内燃机的方法，在所述方法中借助NOx模型求取模型化的NOx值。特别地考虑到喷射系统的构件公差和空气系统的构件公差。所求取的用于氮氧化物排放量的值例如作用于修正燃料喷射量和/或尿素喷射量、用于催化剂的经改善的功能并且因此最终用于氮氧化物的总体减少。
C. Guardiola，J.J. Löpez，J. Martin，D. Garcia-Sarmiento的《半经验化的基于缸内压力的模型用于面向控制应用的NOx预测》（Applied Thermal Engineering，Elsevier、2011）公开了被标识为基础模型的模型，该模型用于快速地求取柴油内燃机中产生的氮氧化物。同样公开的是，如何能够求取燃烧室中燃料空气混合物的绝热的燃烧温度和热发生速率。
发明内容
本发明所基于的问题通过按照本发明所述的方法解决。在优选实施例和其它实施例中给出并且另外在随后的实施例的说明中发现有利的改型方案。
说明了用于求取在内燃机的运行时氮氧化物的排放量的方法。燃烧室的容积通过在气缸中引导的活塞依据曲柄角来改变。依据容积的变化与容积的倒数值的乘积求取了因数。氮氧化物的排放量依据所述因数求取。所求取的因数有利地考虑了：通过活塞围绕上止点附近的移动的在气缸中的负荷的移动影响了氮氧化物反应容积，并且因此明显地影响了燃烧期间的氮氧化物产生。因此通过在控制器中已经存在的参量，氮氧化物的排放量的求取能够明显更精确地进行。通过如此更精确地求取氮氧化物排放量，内燃机的运行参数能够更好地适配于当前的燃烧条件。同样地，氮氧化物传感器能够关于其功能被检查，或者所述传感器能够通过上述的求取被替代。
在有利的实施方式中，因数按照
Figure 104197DEST_PATH_IMAGE001
确定，其中K4表达了所运用的参量，ϑ表达了曲柄角，并且V（ϑ）表达了在曲柄角ϑ时燃烧室的容积。
在有利的实施方式中，氮氧化物的排放量依据曲柄角区域求取，所述曲柄角区域包括了上止点。借此，氮氧化物的排放量能够更精确地求取。
在有利的实施方式中，燃烧室中燃料空气混合物的热发生速率依据曲柄角求取。燃烧室中燃料空气混合物的绝热的燃烧温度依据曲柄角求取。氮氧化物的排放量依据所求取的热发生速率、依据绝热的燃烧温度、依据容积，特别地依据所述因数求取。
在有利的实施方式中，氮氧化物的排放量按照
Figure 626446DEST_PATH_IMAGE003
确定，其中，K1*表达了由特性图求取的参量，其中K4表达了运用的参量，并且其中，K3表达了运用的参量。
本发明其它的特征、应用可行方案和优点由随后的本发明的实施例的说明得出，所述实施例在附图中表达。在这种情况下，所有说明的或者表达的特征就其本身而言或者在任意的组合中形成本发明的主题，这独立于其实施例中的概括或者其引用关系以及独立于其行文或者说说明书中或者说附图中的表达。
附图的唯一的图在示意图中展示了机动车的内燃机10。内燃机10按照直接喷射样式运行，其中燃料按照奥托循环过程或者狄塞耳方法或者其它的做法直接喷射入内燃机10的燃烧室14中。按照所述奥托循环过程，由空气和燃料形成的混合物借助火花塞16点燃。如果内燃机10是柴油内燃机，则火花塞16不是内燃机10的部件。
每个燃烧室14借助能够移动的活塞18进行压缩，并且借助进气系统50供应有空气。在空气-燃料混合物在燃烧室14中的燃烧后，燃烧室14的经烧掉的充料借助排气系统60排出。充料的更换由充料更换阀24、26控制，所述充料更换阀借助执行器28、30同步于活塞18的运动运行。执行器28、30是一个或者多个凸轮轴的凸轮，所述凸轮轴同步于活塞18的运动运行。借助废气再循环系统70，废气能够被引回至燃烧室14，以便减小内燃机10的氮氧化物排放量，也就是说NOx排放量或者其它的有害物质排放量。
排气系统60能够包括其它的用于废气后处理的组件。此外，排气系统60能够包括NOx传感器36和拉姆达传感器37。内燃机10利用控制器38运行，所述控制器包含相应的传感器的信号S，例如NOx传感器36的信号S_36、拉姆达传感器37的信号S_37、旋转速度传感器40的信号S_40、油门踏板传感器42的信号S_42、压力传感器43的信号S_43和其它的信号例如环境温度、内燃机10的温度和输入空气温度等等。压力传感器43测量了燃烧室14内部的压力，并且将这个压力作为信号S_43进一步转达。依据这些信号S或者这些信号S的至少一部分，控制器38求取用于喷射器12的运行参数S_12，在能够应用时求取用于火花塞16的运行参数S_16，求取用于废气再循环阀34的运行参数S_34以及当能够应用时求取用于其它的执行器的信号，所述执行器是内燃机10的部件。控制器38具有数字式的处理器单元，计算机程序能够在所述处理器单元上实施。
进气系统50和排气系统60以及其它的所配设的组件例如废气再循环阀34能够共同地被标记为空气系统。其它的涉及空气系统的运行参数至少包括流体的流体速率、进气管中的增压压力和旋流数，所述流体流动通过废气再循环阀34。喷射器12和所配设的组件例如燃料泵被标记为喷射系统。
其它的涉及喷射系统的运行参数至少包括喷射模式、喷射的时间进程、喷射的数量、燃料质量和燃料压力。
燃料空气混合物的回旋在气缸充料的意义上受到燃烧室14内部质量的移动和燃料的雾化的影响。通过燃料的雾化引发的紊流在第一近似中不随着相应的喷射时间点改变。因而采用：燃烧室14内部的质量的移动通过活塞18围绕上止点附近的移动明显地影响用于氮氧化物的反应容积，并且因此明显地影响燃烧过程中的氮氧化物产生。
在挤流回旋意义上的回旋能够例如通过挤流速度vsquish简化地展示，所述回旋在上止点处出现。这个速度vsquish与活塞18的移动速度vpiston成比例，并且与活塞18的上部的冠和缸盖之间的距离dp-ch的平方成反比例。活塞18的速度vsquish与瞬时的气缸容积V（ϑ）的导数成比例。所述距离dp-ch与瞬时的气缸容积V（ϑ）成比例。此外，积分步长选择为曲柄角ϑ的1°。按照以下的比例恒等式1，由上述得出了瞬时的气缸容积V（ϑ）的变化
Figure 731805DEST_PATH_IMAGE004
与气缸容积V（ϑ）的倒数值
Figure 681306DEST_PATH_IMAGE005
的乘积。
Figure 177010DEST_PATH_IMAGE006
（1）
在内燃机10运行时，对于一个燃烧周期的氮氧化物的排放量能够因此按照以下的恒等式2求取。以下的项3代表了在氮氧化物产生过程处的反应容积的份额，以及围绕上止点附近的质量移动的影响，所述项包含在恒等式2中。瞬时的气缸容积的导数作为绝对值给出，因为在求取氮氧化物的排放量
Figure 502949DEST_PATH_IMAGE007
时，相应的正负号本身对于评价和考虑紊流起着次要的作用。
Figure 462815DEST_PATH_IMAGE008
（2）
Figure 586147DEST_PATH_IMAGE009
（3）
氮氧化物的排放量
Figure 834726DEST_PATH_IMAGE010
按照恒等式2，通过在曲柄角区域上的积分执行，所述曲柄角区域由第一曲柄角达到直到第二曲柄角。所述曲柄角区域能够包括上部的点火止点。
氮氧化物的排放量
Figure 698776DEST_PATH_IMAGE010
Figure 513149DEST_PATH_IMAGE010
也被称为氮氧化物的质量，其中氮氧化物包括了多种氮的氧化物。参量K1*由依据马达转速和依据马达负载的特性图求取。

Claims (9)

1.用于求取在内燃机（10）的运行时氮氧化物的排放量（
Figure DEST_PATH_IMAGE001
）的方法，其中，燃烧室（14）的容积（V（ϑ））通过在气缸中引导的活塞（18）依据曲柄角（ϑ）改变，其特征在于，依据容积（V（ϑ））的变化
Figure DEST_PATH_IMAGE002
与容积（V（ϑ））的倒数值
Figure DEST_PATH_IMAGE003
的乘积求取因数，并且依据所述因数求取氮氧化物的所述排放量（
Figure DEST_PATH_IMAGE004
）。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述因数按照
Figure DEST_PATH_IMAGE005
确定，其中，K4表达了所运用的参量，ϑ表达了曲柄角，并且V（ϑ）表达了在曲柄角ϑ时的燃烧室的容积。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中，氮氧化物的排放量（
Figure DEST_PATH_IMAGE006
）依据曲柄角区域来求取，所述曲柄角区域包括了上止点。
4.按权利要求1所述的方法，其中，燃烧室（14）中的燃料空气混合物的热发生速率（HRR（ϑ））依据曲柄角（ϑ）求取，其中，燃烧室（14）中的燃料空气混合物的绝热的燃烧温度（Tad（ϑ））依据曲柄角（ϑ）求取，并且其中，氮氧化物的排放量（
Figure 923626DEST_PATH_IMAGE006
）依据所求取的热发生速率（HRR（ϑ））、依据绝热的燃烧温度（Tad（ϑ））、依据容积（V（ϑ））来求取。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，氮氧化物的排放量（
Figure 371925DEST_PATH_IMAGE001
）依据
Figure DEST_PATH_IMAGE007
确定，其中，K1*表达了由特性图求取的参量，其中K4表达了所运用的参量，并且其中K3表达了所运用的参量，其中ϑ表达了曲柄角，V（ϑ）表达了在曲柄角ϑ时的燃烧室的容积，
Figure 525564DEST_PATH_IMAGE001
表达了氮氧化物的排放量，HRR（ϑ）表达了热发生速率，Tad（ϑ）表达了绝热的燃烧温度。
6.按权利要求1或2所述的方法，其中，氮氧化物的排放量（
Figure 186352DEST_PATH_IMAGE001
）是氮氧化物的质量。
7.按权利要求4所述的方法，其中，氮氧化物的排放量（
Figure 407249DEST_PATH_IMAGE006
）依据所述因数来求取。
8.用于运行内燃机（10）的控制器（38），所述控制器设置有微处理器，计算机程序能够运行在所述微处理器上，所述计算机程序构造用于实施按权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.用于按照权利要求8所述的控制器（38）的存储介质，所述的计算机程序被存储在该存储介质上。
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